les dessous du bilan carbone providentiel du bois énergie

Le bilan carbone du bois énergie est présenté comme très avantageux, ce qui est étonnant quand on sait que sa composition chimique est assez voisine de celle du charbon. Il est en fait systématiquement publié sous sa forme « compensée », c’est à dire que ses émissions réelles ne sont pas comptabilisées. Elles ne sont pas publiées non plus, ces chiffres sont étrangement très difficiles à obtenir. Cette « exonération » est officiellement justifiée par le cycle du bois, selon lequel un arbre absorbe du co2 pour sa croissance et le restitue en fin de vie quand il se décompose dans un cycle naturel.

Ce bilan se retrouve par le calcul, en annexe (1), il est composé de la somme des émissions pour la combustion, l’extraction, le séchage.

Voici ce bilan calculé, en g de co2 par kWh :

gaz méthane : 222,8

charbon : 388,4

bois : 431,5 réel calculé, 29,5 selon l’ADEME soit presque 15 fois moins…

à ce niveau de différence, il est légitime de se poser la question de la validité de ce calcul : l’enjeu étant la forêt et le climat !

Il se trouve que la question a été étudiée par des scientifiques, notamment en Amérique du nord : l’exploitation de la forêt à des fins énergétiques a pris beaucoup d’ampleur dans ces pays, soulevant ce questionnement.

Pour eux la réponse est : il faut tout comptabiliser, ce n’est pas neutre. (2)

Plusieurs raisons s’opposent à cette convention de neutralité (3), la plus évidente étant la vitesse du cycle : le cycle naturel est très lent, tant pour la croissance que pour la décomposition. La combustion, elle, est quasi instantanée. Considérer que c’est neutre, cela équivaut à considérer que les arbres poussent à la vitesse à laquelle ils brûlent !

En plus, le rôle d’un arbre sur le climat va bien au-delà de son simple stockage de carbone : un arbre rafraîchit sous son ombre en été, parce qu’il régule sa température. De la même façon il rafraîchit aussi la planète (4) et l’exploitation en coupes rases n’en est que plus dramatique.

Le bois est pourtant un excellent matériau de construction, et ne libère pas son carbone s’il est utilisé ainsi. Utilisé à la place des matériaux classiques (béton, brique, acier..) qui sont très énergivores, il permettrait de réaliser d’importantes et réelles réductions d’émissions de co2.

L’argument qui consiste à dire que toute la production de la forêt ne peut être utilisée en bois d’œuvre ne tient plus aujourd’hui : techniquement, on sait faire avec de simples branches ou des sous produits de scierie d’excellents matériaux de construction, comme l’OSB, le lamellé collé, la laine de bois. Avec ces trois matériaux, on peut faire des immeubles de plusieurs étages !

Ce ne sont que des lois économiques, facilité et rentabilité, qui font que cette réelle valorisation des sous produits est délaissée au profit du bois énergie.

Un petit calcul pour finir (5) : la quantité de bois consommée pendant une seule année dans une habitation mal isolée permettrait de fabriquer une couche de laine de bois de 20 cm d’épaisseur sur toutes les parois de l’habitation. De quoi rendre la consommation d’énergie anecdotique tout en améliorant spectaculairement le confort de l’habitation…

 

(1) détail du calcul du bilan carbone :

1 – émissions à la combustion :

Elles se calculent à partir du pouvoir calorifique et de la teneur en carbone : c’est le carbone qui « contient » l’énergie de ces combustibles et l’émission de co2 est proportionnelle à l’émission de chaleur ; c’est la « densité énergétique » des éléments chimiques carbonés qui fait la différence entre les combustibles.

Pour le charbon :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon#Classification_am.C3.A9ricaine

https://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon#Classification

La houille contient env 80 % de carbone, pour un pouvoir calorifique PCS 30 à 32,6 Mj/kg

Pour convertir ce PCS (pouvoir calorifique supérieur) en kWh/kg, il faut diviser par 3,6 : 8,33 à 9 kWh/ kg ce qui fait une moyenne de 8,66 Kwh/kg.

Pour avoir le PCI (pouvoir calorifique inférieur) il faut diviser par 1,05 : 8,66/1,05 = 8,2 Kwh/kg

(le pouvoir calorifique inférieur est, comme son nom l’indique, inférieur au pouvoir calorifique supérieur car il ne tient pas compte de l’énergie contenue dans l’eau dégagée sous forme de vapeur à la combustion, et qui restitue cette énergie lors qu’elle se condense. Les valeurs de PCI et PCS étant différentes, il est important de veiller à comparer ce qui est comparable)

autres chiffres sur le pouvoir calorifique du charbon, qui confirment la première source :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique#Pouvoir_calorifique_moyen_de_quelques_combustibles

http://www.renovationdurable.eu/Notions-Valeurs-de-conversion.html

(pour le bois = 0 en émissions de co2:)

Charbon à 8,33 Kwh/kg en PCI

http://www.econologie.com/pouvoirs-calorifiques-pci-pcs-fuel-gaz/

coke 7,9 kWh/kg

Houille à 8,1 Kwh/kg

anthracite 8,7 kWh/kg

Pour retrouver les émissions de co2, il faut diviser le taux de carbone par le pouvoir calorifique. Pour du charbon à 80 % de carbone, dans 1 kg il y a 0,8 kg de carbone, et on a calculé que ce kg de charbon donne 8,2 kWh. Donc chaque kWh émet 0,8/8,2 = 0,097 g de carbone soit 3,67 fois plus de CO2 : 0,356 kg/kWh ou encore 356 g/kWh.

A noter : le charbon est très variable dans son taux de carbone, et dans son pouvoir calorifique aussi. Les deux varient dans le même sens : le taux de carbone diminue en même temps que le pouvoir calorifique. pour les charbons de mauvaise qualité. les émissions de co2 sont globalement plus importantes pour les charbons moins énergétiques, mais avec une certaine pondération.

Pour le bois :

le PCI du bois sec à 0 % est de 5 kwh/kg , https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

et 50 % de carbone, https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois#Composition_chimique

selon le même calcul que pour le charbon, taux de carbone divisé par le pouvoir calorifique :

0,5/5 = 0,100 kg de carbone et 0,367 kg de co2/kWh ou encore 367g/kWh.

Émissions équivalentes à ce qu’émet la combustion de la houille donc.

Émissions pour le gaz naturel :

le méthane est à 60 % de carbone par définition, à partir du poids moléculaire.

Son pci est de 50 MJ/kg, https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique#Pouvoir_calorifique_moyen_de_quelques_combustibles

il faut diviser par 3,6 pour convertir ces mégajoules en kWh : 50/3,6 = 13,9 kwh/kg.

Ensuite, comme d’habitude maintenant, diviser le taux de carbone par ce pouvoir calorifique :

0,6/13,9= 0,043 kg de carbone, donc 0,043 x 3,67 = 0,158 kg par kWh à la combustion, ou encore 158 g co2/kWh.

Ce qui donne en résumé : (émissions en g de co2 par kWh)

bois 367,

charbon 356,

méthane 158 soit 2,3 fois moins que le bois ou le charbon.

2 – émissions à l’extraction :

le taux de retour énergétique donne la quantité d’énergie nécessaire à l’extraction rapportée à la quantité d’énergie utilisable ; on peut en déduire les émissions de CO2 correspondantes.

Pour convertir ces dépenses énergétiques en CO2 je vais considérer que cette extraction a consommé du fioul, ce qui est le plus probable.

Quelques sources sur le taux de retour énergétique :

http://energie-developpement.blogspot.fr/2012/10/EROEI-taux-retour-energetique.html

Biodiesel 1.3
Sable bitumineux 3
Huile de schiste 5
Solaire photovoltaïque 6.8
Nucléaire 10
Hydrocarbures 14.5
Éolien 18
Charbon 80
Hydroélectrique 100

https://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_retour_%C3%A9nerg%C3%A9tique#Taux_de_Retour_.C3.89nerg.C3.A9tique_des_principales_sources_d.27.C3.A9nergie

– pour le charbon :

2 à 30, 80 sur la précédente source… je pourrais retenir 16, moyenne de la première source, la deuxième semblant au chiffre retenu pour les gisements exploités au début du siècle précédent.

Si l’évolution de l’eroi du charbon a suivi celle des hydrocarbures, il serait plus logique de retenir un eroi de 10.

un eroi de 10, ça veut dire que pour 10 kWh produits avec du charbon il a fallu dépenser 1 kWh pour extraire ce charbon.

Donc pour 1 kWh il a fallu 0,1 kWh pour l’extraction.

Avec 324 g de CO2 par kWh pour le fioul (tableau ci dessous), ces 0,1 kWh ont émis 0,1 x 324 = 32,4 g de CO2.

– Pour le gaz :

je retiens un eroi de 5, moyenne des sources.

Ce qui veut dire que pour 5 kWh produits avec du gaz il a fallu 1 kWh pour extraire ce gaz, soit par kWh produit avec du gaz il faut 1/5 = 0,2 kWh.

Convertis en CO2 sur la base des émissions du fioul, les émissions du gaz pour l’extraction sont de : 324 x 0,2 = 64,8 g de CO2.

– Pour le bois :

cette source ADEME donne les émissions CO2 du bois à la récolte, par déduction :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Contenu_CO2#.C3.89missions_directes_en_CO2_des_combustibles

Combustibles Émissions
directes
Émissions
ACV
Bois énergie 18,8 29,5
Charbon 345 377
Essence (SP95, SP98) 253 314
Fioul domestique 272 324
Fioul lourd 283 324
Gaz naturel 204 243
Gazole 256 323
GPL 233 260

Sur ce tableau 18,8 g de CO2 sont comptabilisés pour la combustion, et l’analyse en cycle de vie donnerait donc 29,5 – 18,8 = 11,7 g de co2/kWh pour cette part d’extraction.

Les émissions trouvées par le calcul se recoupent plutôt bien avec celles de ce tableau : pour le gaz (+8%) et pour le charbon (-3%) ce qui rassure sur la validité du calcul. Les émissions calculées du gaz sont sur la base du méthane pur, ce qui peut expliquer la différence avec les émissions du gaz naturel données sur ce tableau.

3 – cas particulier du bois, le séchage :

Le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. .https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Teneur_en_eau

C’est la raison pour laquelle les bûches doivent sécher à l’air deux ans avant d’être efficaces comme combustible. Le bois est séché mécaniquement dans le processus de fabrication des plaquettes, et qui plus est, séché au bois, ce qui rend le calcul plus simple : il est juste de rajouter les émissions de cette énergie sur la base des émissions du bois.

Cette énergie se retrouve aussi par le calcul, en calculant l’énergie nécessaire à échauffer cette eau de 20° à 100° (4,18 KJ soit 0,00116 kWh par Kg d’eau et par degré,), puis pour la faire évaporer, c’est à dire la chaleur latente de vaporisation de cette eau (2265 Kj/kg, soit 0,63 kWh/kg).

En prenant 50 % de taux d’humidité, ce bois contient, par kg, 0,5 kg d’eau pour 0,5 kg de matière sèche. Pour 1 kg de matière sèche il y a donc 1kg d’eau à évaporer. Pour chauffer cette eau : 0,09 Kwh (=1 x 0,00116 (100°-20°)), Pour évaporer cette eau : 0,63 Kwh (=1×0,63) Soit 0,72 Kwh au total.

Le pouvoir calorifique du bois sec à 0 % est d’environ 5 kWh/kg, il est toujours inférieur en pratique puisqu’il y a une eau résiduelle qui est évaporée en prélevant de l’énergie de la combustion du bois.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

Donc dans 2 kg de bois à 50 % d’humidité, il y a 1 kg de bois sec qui a un pouvoir calorifique de 5 kWh, et 1 kg d’eau qui a demandé 0,72 kWh pour son évaporation.

En proportion cela fait 0,72/5= 0,144 soit 14,4 % de l’énergie contenue dans le bois.

Ce séchage émet donc 367g x 0,144 = 52,8 g co2 / kWh

Le total des émissions du bois est donc de : 367 g (combustion) + 11,7 g (extraction) + 52,8 g (séchage) soit 431,5 g co2/kWh.

 

TOTAL DU BILAN : (g co2/kWh) :

gaz méthane : 158 + 64,8 = 222,8

charbon : 356 + 32,4 = 388,4

bois : 367 + 11,7 + 52,8 = 431,5

 

(2) ce n’est pas neutre du point de vue scientifique :

– Différents groupements de défense de la forêt recensant quelques rapports scientifiques :

http://globalforestcoalition.org/wp-content/uploads/2015/12/bioenergy-report1.pdf

http://www.greenpeace.org/canada/Global/canada/report/2011/10/Biomascarade%20Greenpeace.PDF

http://www.biofuelwatch.org.uk/2013/biomass-faq-2/#C6

http://www.maforests.org/Chris-Matera-Biomass%20Carbon%20Emissions.pdf

– lettre cosignée par 61 scientifiques américains pour demander au gouvernement britannique d’arrêter l’importation de bois énergie nord-américain : http://www.perspectivesecologiques.com/telechargements/SOS%20FORET%20MONDE%20American%20Scientists%20to%20UK%20Energy%20Minister%2024%20April%202014.pdf

 

(3) pourquoi ce n’est pas neutre, rapidement :

1- la vitesse du cycle, comme vu plus haut. Il est souvent avancé que le cycle du bois est incomparablement plus court que celui des fossiles, cela n’empêche que la juste comparaison devrait être que la combustion du bois est incomparablement plus courte que sa régénération.

2- l’hypothèse (très officielle) selon laquelle la croissance globale de tous les arbres absorbe « au fur et à mesure » les émissions de ceux qui brûlent se heurte à une limite : un arbre qui pousse ne choisit pas la provenance du co2 qu’il absorbe et donc dans les faits il compense n’importe quelle combustion. Et malheureusement la croissance globale des arbres est bien insuffisante pour compenser l’ensemble des émissions anthropiques.

3- l’hypothèse selon laquelle les arbres repoussent et compenseront avec le temps est aussi illégitime : la croissance des arbres est un phénomène permanent, que l’on coupe ou non la forêt, que l’on brûle ou non la récolte. La forêt est un puits de carbone indépendant, au même titre que peuvent l’être les océans ou les coquillages. Il n’y a aucune justification scientifique à affecter la croissance des arbres de remplacement à la compensation des arbres brûlés, encore une fois ces arbres qui repoussent compensent dans les faits les émissions de n’importe quelle combustion.

 

(4) http://europeanwater.org/fr/ressources/rapports-et-publications/637-comment-les-arbres-rafraichissent-les-villes-en-ete

(5) Vous habitez dans 50m2, et vous consommez 4 stères de bois par an. À 500kg de bois sec par stère, cela vous fait deux tonnes de bois. Ces deux tonnes correspondent à 36 m³ de laine de bois (à 55 kg/m³), qui répartis, sur les faces de l’habitation, représentent une épaisseur de… 20cm !